Окончательный замысел советского командования предусматривал на первом этапе нанесение главного фронтального рассекающего удара смежными крыльями Воронежского и Степного фронтов (силами 5-й и 6-й гвардейской, 53-й общевойсковых армий, 1-й и 5-й гвардейской танковых армий, 5-го гвардейского танкового и 1-го механизированного корпусов) из района Яковлево – Триречное – Гостищево в общем направлении на Золочев – Богодухов – Валки, Новая Водолага – в обход Харькова с запада. Войскам предстояло рассечь вражескую группировку на стыке 4-й ТА и оперативной группы «Кемпф» на две части и перерезать пути ее отхода из района Харькова на запад и юго-запад. Одновременно планировалось нанести еще один удар силами двух армий центра ВорФ (40-й и 27-й), а также тремя танковыми корпусами (2-й и 10-й, 4-й гвардейский танковые корпуса), из района Красная Яруга в общем направлении на Грайворон и Ахтырку, с задачей обеспечить свои главные силы с запада и изолировать район Харькова от подхода резервов противника. Стык Воронежского и Центрального фронтов обеспечивался силами 38-й А. 47-я А, усиленная 3-м гв. мк, располагалась во втором эшелоне ВорФ и выдвигалась за его правым флангом в направлении на Тростянец, откуда, в зависимости от обстановки, можно было действовать на Зеньков или на юг через Ахтырку. 69-я и 7-я гвардейская армии СтепФ наступали на Белгородском направлении с задачей взять Белгород и отрезать пути отхода белгородской группировке противника на юг, участвовать в ее уничтожении, а затем развивать наступление вдоль западного берега реки Северский Донец, «сматывая» немецкую оборону в южном направлении на Харьков. 57-я А ЮЗФ, передаваемая в ходе операции в состав СтепФ, наступала юго-восточнее Харькова с задачей отрезать противнику пути отхода на юг.
В итоге выполнения первого этапа создавалась новая группировка сил, обеспечивающая достижение главных целей операции – взятие Харькова и выход к Днепру.
По мнению Ставки Верховного Главнокомандования, данный вариант организации наступления предоставлял значительный выигрыш во времени, поскольку отпадала необходимость производить крупные перегруппировки. Сложившаяся в ходе боев группировка на левом крыле Воронежского и на правом крыле Степного фронтов в основном соответствовала плану наступления. Основная группировка (6-я и 5-я гвардейские армии, 53-я и 69-я армии, 1-я и 5-я гвардейская танковые армии) уже сосредоточилась в районе Беленихино – Верхопенье – Черкасское – Гостищево – Вислое – Киселево, – на направлении предполагаемого главного удара. Кроме этого, намечаемые удары были направлены вдоль рек, что в значительной степени ослабляло значение последних как сильных естественных преград. Основной удар направлялся по стыку 4-й ТА и оперативной группы «Кемпф», следовательно, по тем частям и соединениям противника, которые были наиболее ослаблены в ходе неудачной для немцев операции «Цитадель».
С другой стороны, главные удары советских войск в начале операции оказались направлены не только против стыка вражеских оперативных объединений, но и против сильнейших мест обороны противника – участков севернее и западнее Белгорода, где немцы подготовили наиболее укрепленные рубежи и сосредоточили основную часть сил 4-й ТА, в том числе три танковые дивизии. В то же самое время фланги 4-й ТА и оперативной группы «Кемпф» на стыках с 7-м ак группы армий «Центр» и 1-й ТА остались без внимания, хотя там находились только пехотные дивизии 52-го и 42-го армейских корпусов, оборонявшиеся на чрезмерно растянутом фронте.
Как уже говорилось выше, советские источники объясняют такое противоречие между замыслом операции и основными правилами военного искусства тем, что требовалось оперативно, без долговременных перегруппировок перейти в наступление на тех направлениях, где уже были сосредоточены войска, чтобы не дать противнику времени организовать прочную оборону и пополнить соединения, измотанные предыдущими наступательными боями [636] . Однако в исследовании ГШ Красной армии также подчеркивается [637] , что главный удар смежными флангами Воронежского и Степного фронтов наносился по основной и наиболее плотной группировке немцев, разгромом которой подрывалась устойчивость всей системы германской обороны на Белгородско-Харьковском плацдарме, в первые же дни операции ликвидировались основные и наиболее сильные узлы сопротивления противника (Томаровско-Борисовский и Белгородский), прикрывавшие Харьков с севера.
По мнению Д. Гланца и Дж. Хауза [638] , советская Ставка решила наступать на самом сильном участке обороны ГА «Юг» для того, чтобы сразу же втянуть в бои главные силы противника и избежать угрозы мощных фланговых контрударов. Однако главное операционное направление при этом проходило по линии стыка между Воронежским и Степным фронтами, что обусловило проблемы координации их действий, нараставшие по мере развития наступления.